地層処分坑道周辺の精密な応力評価に関する研究(3)(委託研究内容報告書)

None

石島 洋二*

Ishijima, Yoji*

地層処分坑道を施工する際に発生する坑道の変形や坑道周辺岩盤の破壊状況を正確に予測できる解析コードを開発するのが本研究の目的である。本年度はこの目的に向けて、新しい構成式に基づく2次元応力解析コードを開発し、解析で得られる予測の妥当性を模型試験によって検証した。また、妥当な構成式を得るために、種々の岩石試験を実施することも研究目的の一つに含めた。研究内容は、次の3点から成っている。第1は、比較的均質で力学的性質のばらつきが小さく入手が容易であるという理由で岩盤材料模型として選定した凝灰岩(支笏熔結凝灰岩)について、その変形・強度特性を多方面から調査した。有効空隙率30%、P波速度2.12.2km/s、圧縮強度約20Mpaの当該岩石は、軟岩中硬岩に属する。ひずみ軟化挙動を示すが、最大強度点到達後に生じる応力低下が激しくないために、逐次的破壊の追跡・観察が容易である。一軸クリープ載荷に対しては、従来、岩石で見いだされているのと同様のクリープ挙動をするが、最小ひずみ速度の到達時間が他に比べて短いという特徴がある。破壊靭性は空気中の値より水中の値の方が小さく、載荷速度とともに大きくなるが、これらは他の岩石でも認められる性質である。三軸試験時の載荷方法については、通常の一定封圧を維持する方法の他に、封圧を載荷途中で幾通りかに変える方法も採用した。封圧の変え方により、強度が低下または増加することがわかった。また、方向を変えた2回の載荷試験で、初回の破壊は次回の載荷時の強度を低下させる効果のあることがわかった。第2は、従来の岩石・岩盤の構成式に代わる新しい構成式の導入と、それを用いた応力解析コードの開発である。従来の構成式の問題点を検討し、それを改良していると考えられる新しい構成式を導入した。この構成式は1組の簡単な式の集合であるが、圧縮領域から引張領域までの全領域における完全な応力-ひずみ線図を記述でき、また、線図のピークの軌跡として得られる破壊条件がMohr-Coulombの仮説に一致することがわかった。新しい構成式に基づいて岩盤の破壊を含む変形挙動を予測するために、2次元有限要素法に基づく弾塑性解析解析コードを開発した。この有用性を調べるために、円形断面坑道の問題を解いた。有孔板に負荷する載荷応力の増加につれて、やがて塑性域が坑道周辺に

None